EP3485108A1 - GROßMANIPULATOR MIT GEWICHTSOPTIMIERTEM KNICKMAST - Google Patents

GROßMANIPULATOR MIT GEWICHTSOPTIMIERTEM KNICKMAST

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EP3485108A1
EP3485108A1 EP17748652.9A EP17748652A EP3485108A1 EP 3485108 A1 EP3485108 A1 EP 3485108A1 EP 17748652 A EP17748652 A EP 17748652A EP 3485108 A1 EP3485108 A1 EP 3485108A1
Authority
EP
European Patent Office
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large manipulator
mast
recesses
wall element
recess
Prior art date
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Granted
Application number
EP17748652.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3485108B1 (de
Inventor
Murat AKKOC
Mykola Oleksyuk
Bernd SEGSCHNEIDER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Friedrich Wilhelm Schwing GmbH
Original Assignee
Friedrich Wilhelm Schwing GmbH
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Filing date
Publication date
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Application filed by Friedrich Wilhelm Schwing GmbH filed Critical Friedrich Wilhelm Schwing GmbH
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Publication of EP3485108A1 publication Critical patent/EP3485108A1/de
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Publication of EP3485108B1 publication Critical patent/EP3485108B1/de
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Definitions

  • the invention relates to a large manipulator with a folding articulated mast which has a turntable rotatable about a vertical axis and a plurality of mast segments, wherein the mast segments are pivoted at articulated joints each about bending axes relative to an adjacent mast segment or the turntable, wherein at least one pole segment is formed by a hollow structure of interconnected wall elements.
  • the mast segments composed of sheets of different, usually with decreasing to the mast top, material thickness. This is necessary in order to keep the load moment of the mast as low as possible, but requires a large number of butt joints or welded joints, which are complex in terms of production technology.
  • larger material thicknesses must be provided, in particular in the area of the mast top, in order to still guarantee the weldability of the material, although from a constructive point of view even lower material thicknesses would be sufficient.
  • the weight of the mast segments especially in the critical area of the mast top, unnecessarily high from a static point of view.
  • the object of the invention is therefore to provide a large manipulator which overcomes the disadvantages described and allows easy and safe weight reduction.
  • a recess is introduced, wherein the depth of the recess is less than the material thickness, ie the wall thickness of the wall element, so that the wall element is closed in the recess, can in a simple but safe way a Weight reduction can be achieved.
  • the closed wall elements continue to provide security against the ingress of water and dirt, the depression, which is introduced into the wall elements, allows a significant reduction in weight.
  • the recess is arranged on the inside of the wall element.
  • a plurality of depressions are provided on the wall element, which form a framework-like structure with webs and compartment surfaces, wherein the compartment surfaces have at least a reduced material thickness.
  • the stability of the mast segment can be maintained although the wells significantly reduce the weight of the mast segment.
  • Sufficient stability is provided by the webs, which form the truss-like structure together with the compartment surfaces. Due to the reduced material thickness of the compartment surfaces can be achieved in a simple manner a significant weight reduction.
  • the compartment surfaces can have both a uniform and a different material thickness. With a different material thickness of the individual shelves special design conditions can be taken into account.
  • the webs at least partially have the material thickness of the wall element.
  • the webs have partially the same thickness as the wall element, a simple way is given to produce stable webs of the solid material of the wall elements.
  • individual webs can also have a lower material thickness.
  • Particularly advantageous is the development that the at least one pole segment has a substantially planar outer side. Due to the substantially planar outer side of the mast segment dirt and water accumulation on the outer surface can be avoided. The fact that the mast segment has hardly any edges that could contribute to the formation of rusty spots ensures longevity. In addition, the flat outer surface can be cleaned well.
  • a plurality of depressions are distributed on the wall elements formed as web plates of the mast segment.
  • the arrangement of the recesses on the web plates of the mast segment allows a reduction in weight, without affecting the stability and strength of the mast segment.
  • the specific surface portion and / or the relative depth of the recesses increase towards the tip of the mast segment, ie in the direction of the mast top.
  • the specific area fraction is to be understood as the proportion of the resulting area of the depressions on the surface of the wall element per unit length.
  • the relative depth of a depression is to be understood as the ratio of the depth of the depression to the material thickness of the wall element.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that at least the last mast segment forming the mast tip has depressions.
  • Weight savings especially at the last, the mast top forming mast segment, also called fliers, allow a weight reduction in the design of the other, previously arranged pole segments of the large manipulator. With each weight saving at the mast top, the other mast segments carrying the mast top can be made lighter.
  • the depressions are advantageously formed circumferentially closed. This ensures that the wall elements have at the edge regions where they are welded to other wall elements, no depressions that can cause difficulties when welding the wall elements.
  • the recesses are cascade-shaped, ie, a depression is composed of recesses of different depths, whereby a greater weight saving can be achieved without significant impairment of the rigidity of the mast segment.
  • the recesses will be advantageously introduced by milling the wall element. The milling is a simple way of metalworking and with suitable milling heads, for example, depressions can be introduced with different edge areas in one operation.
  • the depressions can also be introduced by etching the wall element in an alternative embodiment. With today known and customary etching techniques, the depth of the depression can be designed very individually.
  • the recess of the pole segment can also be provided in a wall element made of fiber-reinforced composite materials, which consists of a plurality of fiber layers.
  • the depression is simply formed by providing a smaller number of fiber layers in the region of the depression.
  • FIG. 1 schematic representation of a large manipulator according to the invention
  • FIG. 2 a schematic representation of a mast segment according to the invention
  • Figure 4 a schematic sectional view through a mast segment according to the invention.
  • 5a, 5b, 5c are schematic sectional views through an inventive wall element with differently designed
  • Figure 6a is a schematic representation of a
  • Figure 6b is a schematic representation of another
  • FIG. 1 shows a large-scale manipulator 1 for truck-mounted concrete pumps with fold-out mast 2, which has a turntable 4 rotatable about a vertical axis 3 and a plurality of mast segments 5, 5 a, 5 b, 5 c.
  • the mast segments 5, 5a, 5b, 5c can be pivoted at buckling joints 6, 6a, 6b, 6c respectively about buckling axes relative to an adjacent mast segment 5, 5a, 5b, 5c or the turntable 4 by means of a drive unit (not shown).
  • the figure 2 shows schematically the last, the mast top 15 forming mast segment 5c with recesses 1 1 in the lateral wall element 8.
  • the recesses 1 1 have a particularly advantageous effect, since any weight reduction in this mast segment 5c in a weight reduction the design of the other, previously arranged pole segments 5, 5a, 5b ( Figure 1) of the large manipulator 1 allows.
  • the recesses 11 are also possible and advantageously also provided on the other pole segments 5, 5a, 5b.
  • a plurality of recesses 1 1 are introduced, wherein the depth of the recesses 1 1 is less than the material thickness of the wall element 8, so that the wall element 8 is closed in the region of the recesses 11.
  • the outside 9 of the mast segment 5c is substantially flat designed. As a result, dirt and moisture can not hold on edges on the outside 9. By missing edges on the outside 9 also the formation of rust can be effectively avoided.
  • the configuration of the recesses 11 is also clear from the sectional view according to FIG. 4 by the section plane A - A shown.
  • the mast segment 5c has a plurality of recesses 11 on the wall element 8, which form a truss-like structure with webs 12 and compartment surfaces 13. In this case, the compartment surfaces 13 have a reduced material thickness, while the webs 12 have the material thickness of the wall element 8.
  • the webs 12 for example, as shown, formed in a triangular configuration, ie, the webs 12 each include a triangular compartment surface 13 and recess 1 1 a.
  • the triangular compartment surfaces 13 are expediently rounded in the corners in order to reduce stress concentrations in the corners of the recesses 11.
  • FIG. 3 shows schematically another embodiment of a mast segment 5c according to the invention.
  • the compartment surfaces 13 of the recesses 1 1 here have a different shape than in Figure 2 and are parallelogram-shaped, wherein the formed by the recesses 1 1 compartment surfaces 13 and webs 12 continue to form a truss-like structure.
  • no depressions 11 are provided in the region of welds 16, 16a, 16b, 16c (FIG. 4).
  • no recesses 11 are arranged in the region of the articulated joints 6, 6a, 6b, 6c.
  • no recesses 1 1 are arranged so as not to weaken the mast segment 5c at these points.
  • the recesses 11 can also be round, rectangular, trapezoidal or triangular.
  • FIG. 4 schematically shows a sectional view through the sectional plane A - A according to FIG. 2. This sectional view is intended to explain the design of the recesses 11 (FIGS. 2 and 3) in more detail.
  • the mast segment 5c forms a hollow, box-shaped structure of interconnected wall elements 8, 8a, 8b, 8c.
  • the wall elements 8, 8a, 8b, 8c are connected to one another via weld seams 16, 16a, 16b, 16c.
  • the depressions 1 1 introduced into the lateral web plates 14, 14 a eliminate the area of the welds 16, 16 a, 16 b, 16 c, so that the weldability of the wall elements 8, 8 a, 8 b, 8 c is not impaired by the depressions 11.
  • the recesses 11 are introduced on the inner side 10 of the wall elements 8, 8b and have a depth which is less than the material thickness a of the wall elements 8, 8b. It can be seen that the wall elements 8, 8b are closed in the region of the recesses 11. As a result, the recesses 11 reduce the material thickness of the wall elements 8, 8b, so that they have a reduced material thickness b in the area of the compartment surfaces 13.
  • the outer sides 9 of the mast segment 5c are substantially planar.
  • only the lateral wall elements 8, 8b of the mast segment 5c formed as web plates 14, 14a have depressions 11.
  • the material thickness b in the region of the recesses 11 is preferably about 1 mm in order to still ensure sufficient strength, for example against impacts on the mast segment 5c. With a material thickness a of, for example, 3 mm on the last pole segment 5c, this results in a reduction of the material thickness, and thus the weight in the region of the recesses 11, in the order of about 70%. For sheets with greater material thickness can be achieved in the region of the wells 1 1 even a reduction in material thickness by 90% and more.
  • FIGS. 5a, 5b and 5c show sectional views of a wall element 8, 8b according to the invention with different configurations of the recess 11.
  • the edge region of the recess 1 1 is provided with a chamfer 18 and the upper edge 19 and the lower or inner edge 19a of the recess 1 1 is rounded.
  • This shape of the edges 19, 19a and the chamfer 18 is local in view of the reduction Stress concentrations particularly advantageous, but in terms of production costs.
  • the edge region of the recess 1 1 according to Figure 5b only a rounding at the lower or inner edge 19a of the recess 1 1 is provided.
  • the radius of the rounding is in the range of 30-100% of the sheet thickness.
  • FIG. 5c shows a further variant in which the recess 11 is cascade-shaped, ie graduated by at least one step 20, whereby further possibilities arise for reducing the weight of the pole segments 5, 5a, 5b, 5c while maintaining high rigidity ,
  • FIG. 6a shows a schematic side view of a pole segment 5c according to the prior art.
  • This figure shows a laterally arranged web plate 14 which is composed of sheets of different material thickness.
  • the web plate has, for example, a material thickness of 8 mm, in the area B 5 mm, in the area C 4 mm and in the area D 3 mm.
  • the sheets of the areas A, B, C and D are connected to each other by butt joints 21, 21 a, 21 b or welds 21, 21 a, 21 b.
  • wells 1 1 may be mounted to reinforce the mast segment 5 c at these locations.
  • FIG 6b an advantageous arrangement of the recesses 1 1 is shown, in which the specific area ratio of the recesses 1 1 to the top of the mast segment, ie towards the mast top 15, increases towards.
  • the number of sheets with different thicknesses and the number of butt joints 21, 21 a, 21 b are reduced by this measure. This is achieved by, as shown here, for example, only two sheets with the material thicknesses 8 mm (area A) and 5 mm (area B) are used and the number of wells 1 1 increases towards the mast top 15 out.
  • the recesses 11 can be introduced, for example, by milling the solid material of the wall element 8, 8a, 8b, 8c into the wall element 8, 8a, 8b, 8c, i. the recesses 1 1 are formed as cutouts.
  • the material thickness of the wall element 8, 8a, 8b, 8c of the flyer can be variably reduced from 3 mm to 1 -2 mm, whereby a considerable weight saving is achieved.
  • suitable milling heads which are laterally beveled or rounded, in particular the chamfers and / or rounding off of the edge region of the recess 11 described above can be realized in one operation.
  • the wall element 8, 8a, 8b, 8c is initially applied in the regions in which no recess 11 is to be formed, a material, for example a lacquer, which is resistant to the etching liquid. Thereafter, the wall element 8, 8a, 8b, 8c immersed in an etching liquid until the desired depth of the recess 1 1 is reached. In several operations can be with this method also a stepped recess 1 1, as described above, easily create.
  • a recess 11 can also be introduced into the wall element 8, 8a, 8b, 8c by laser ablation, sandblasting, cold or hot forming (ie pressing or forging) or other suitable methods.
  • a wall element 8, 8a, 8b, 8c whose wall thickness initially corresponds to the thickness of the recess 1 1 provided.
  • the webs and edge regions described above can be created, which ultimately results in the depression 11 in the wall element 8, 8a, 8b, 8c.
  • the recesses 11 can advantageously be used not only for mast segments 8, 8a, 8b, 8c made of steel or other metallic materials, but also e.g. also in mast segments made of fiber-reinforced plastics, as used for example in car concrete pumps with so-called carbon masts.
  • a fiber-reinforced plastic or fiber-plastic composite or fiber composite plastic is a material consisting of reinforcing fibers and a plastic matrix. The matrix surrounds the fibers which are bonded to the matrix by adhesive or cohesive forces.
  • a multiplicity of thin, woven mats (approximately 10-50 layers) of reinforcing fibers are usually superimposed.
  • the recesses (11) it is in principle sufficient to provide a smaller number of layers of reinforcing fibers in the region of the recesses 11.
  • the fibers for the webs 12 parallel to the longitudinal direction align the webs 12 so that the webs 12 can absorb the introduced forces optimally.

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Abstract

Großmanipulator (1) mit einem ausfaltbaren Knickmast (2), der einen um eine Hochachse (3) drehbaren Drehschemel (4) und eine Mehrzahl von Mastsegmenten (5, 5a, 5b, 5c) aufweist, wobei die Mastsegmente (5, 5a, 5b, 5c) an Knickgelenken (6, 6a, 6b, 6c) jeweils um Knickachsen gegenüber einem benachbarten Mastsegment (5, 5a, 5b, 5c) oder dem Drehschemel (4) verschwenkbar sind, wobei wenigstens ein Mastsegment (5, 5a, 5b, 5c) durch eine hohle Struktur (7) aus miteinander verbundenen Wandungselementen (8, 8a, 8b, 8c) gebildet ist. Es ist Aufgabe der Erfindung, das Gewicht eines solchen Großmanipulators zu reduzieren. Hierzu schlägt die Erfindung vor, dass in wenigstens eines der Wandungselemente (8, 8a, 8b, 8c) eine Vertiefung (11) eingebracht ist, wobei die Tiefe der Vertiefung geringer ist als die Materialstärke des Wandungselementes (8, 8a, 8b, 8c), so dass das Wandungselement (8, 8a, 8b, 8c) im Bereich der Vertiefung (11) geschlossen ist.

Description

Großmanipulator mit aewichtsoDtimiertem Knickmast Die Erfindung betrifft einen Großmanipulator mit einem ausfaltbaren Knickmast, der einen um eine Hochachse drehbaren Drehschemel und eine Mehrzahl von Mastsegmenten aufweist, wobei die Mastsegmente an Knickgelenken jeweils um Knickachsen gegenüber einem benachbarten Mastsegment oder dem Drehschemel verschwenkbar sind, wobei wenigstens ein Mastsegment durch eine hohle Struktur aus miteinander verbundenen Wandungselementen gebildet ist.
Die Entwicklung derartiger Großmanipulatoren unterliegt dem Zwang, wegen der wachsenden Anforderungen ständig größere Mastlängen vorzusehen, jedoch limitiert das Eigengewicht der Großmanipulatoren diese Bestrebungen. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, fachwerkartige Strukturen an den Mastsegmenten der Großmanipulatoren vorzusehen, um das Gewicht zu reduzieren. Diese haben jedoch den Nachteil, dass sie eine offene Struktur ausbilden, sodass Schmutz und Wasser eindringen können und sich Wasseroder Schmutzansammlungen an der Oberfläche bilden. Zudem lassen sich die Innenseiten der offenen Mastsegmente nur schwerlich auf Roststellen hin untersuchen, sodass eine Schwächung der Mastsegmente durch Rost oft nicht rechtzeitig erkannt wird. Ferner kann fest sitzender Schmutz innerhalb des Mastsegmentes zu einem erhöhten Gewicht führen, wodurch die Festigkeit und die Stabilität des Großmanipulators gefährdet werden. Es ist aus dem Stand der Technik zudem bekannt die Mastsegmente aus Blechen unterschiedlicher, in der Regel mit zur Mastspitze abnehmender, Materialstärke zusammenzusetzen. Dies ist erforderlich, um das Lastmoment des Mastes möglichst gering zu halten, erfordert aber eine Vielzahl von Stumpfstössen bzw. Schweissverbindungen, die produktionstechnisch aufwändig sind. Zudem müssen insbesondere im Bereich der Mastspitze größere Materialstärken vorgesehen werden, um die Schweißbarkeit des Materials noch zu gewährleisten, obwohl aus konstruktiver Sicht auch geringere Materialstärken ausreichend wären. Hierdurch ist das Gewicht der Mastsegmente, insbesondere im kritischen Bereich der Mastspitze, aus statischer Sicht unnötig hoch.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Großmanipulator anzugeben, welcher die beschriebenen Nachteile behebt und eine einfache und sichere Gewichtsreduzierung ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Großmanipulator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 .
Dadurch, dass in wenigstens eines der Wandungselemente eine Vertiefung eingebracht ist, wobei die Tiefe der Vertiefung geringer ist als die Materialstärke, also die Wandstärke des Wandungselementes, so dass das Wandungselement im Bereich der Vertiefung geschlossen ist, kann auf einfache aber sichere Art und Weise eine Gewichtsreduzierung erreicht werden. Die geschlossenen Wandungselemente bieten weiterhin Sicherheit gegen das Eindringen von Wasser und Schmutz, wobei die Vertiefung, welche in die Wandungselemente eingebracht ist, eine deutliche Gewichtsreduzierung ermöglicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vertiefung an der Innenseite des Wandungselementes angeordnet ist. Mit der Anordnung der Vertiefung an der Innenseite des Wandungselementes kann verhindert werden, dass sich Schmutz und Dreck an Kanten im Randbereich der Vertiefung anlagern und sich bedingt durch Feuchtigkeit dort Roststellen bilden. Eine weitere vorteilhafte Ausführung ist, dass mehrere Vertiefungen an dem Wandungselement vorgesehen sind, die eine fachwerkartige Struktur mit Stegen und Fachflächen bilden, wobei die Fachflächen mindestens eine reduzierte Materialstärke aufweisen. Mit mehreren Vertiefungen, die eine fachwerkartige Struktur bilden, kann die Stabilität des Mastsegments erhalten bleiben, obwohl durch die Vertiefungen das Gewicht des Mastsegments deutlich reduziert ist. Für eine ausreichende Stabilität sorgen die Stege, die zusammen mit den Fachflächen die fachwerkartige Struktur ausbilden. Durch die reduzierte Materialstärke der Fachflächen kann auf einfache Art und Weise eine deutliche Gewichtsreduzierung erreicht werden. Die Fachflächen können sowohl eine einheitliche als auch eine voneinander abweichende Materialstärke aufweisen. Mit einer unterschiedlichen Materialstärke der einzelnen Fachflächen kann speziellen konstruktiven Gegebenheiten Rechnung getragen werden.
Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, dass die Stege wenigstens bereichsweise die Materialstärke des Wandungselementes aufweisen. Indem die Stege bereichsweise die gleiche Materialstärke wie das Wandungselement aufweisen, ist eine einfache Möglichkeit gegeben, stabile Stege aus dem Vollmaterial der Wandungselemente herzustellen. Um das Gewicht weiter zu reduzieren, können jedoch einzelne Stege auch eine geringere Materialstärke aufweisen. Besonders vorteilhaft ist die Weiterbildung, dass das wenigstens eine Mastsegment eine im Wesentlichen plane Außenseite aufweist. Durch die im Wesentlichen plane Außenseite des Mastsegments können Schmutz- und Wasseransammlungen an der äußeren Oberfläche vermieden werden. Dadurch, dass das Mastsegment kaum Kanten aufweist die zur Bildung von Roststellen beitragen könnten ist Langlebigkeit gewährleistet. Außerdem lässt sich die plane äußere Oberfläche gut reinigen.
Weiter vorteilhaft ist die Ausgestaltung, dass mehrere Vertiefungen auf den als Stegblechen ausgebildeten Wandungselementen des Mastsegments verteilt sind. Die Anordnung der Vertiefungen auf den Stegblechen des Mastsegments ermöglicht eine Gewichtsreduzierung, ohne dass die Stabilität und Festigkeit des Mastsegments beeinträchtigt wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform nehmen der spezifische Flächenanteil und/oder die relative Tiefe der Vertiefungen zur Spitze des Mastsegmentes hin, also in Richtung der Mastspitze, zu. Unter dem spezifischen Flächenanteil ist dabei der Anteil der resultierenden Fläche der Vertiefungen an der Fläche des Wandungselements pro Längeneinheit zu verstehen. Die relative Tiefe einer Vertiefung ist als das Verhältnis der Tiefe der Vertiefung zur Materialstärke des Wandungselements zu verstehen. Durch diese Anordnung bzw. Ausgestaltung der Vertiefung wird das Lastmoment zur Mastspitze hin verringert, ohne notwendigerweise Bleche unterschiedlicher Materialstärke verwenden zu müssen, so dass die Anzahl der Stumpfstöße reduziert werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass wenigstens das letzte, die Mastspitze bildende Mastsegment Vertiefungen aufweist. Gewichtseinsparungen, insbesondere am letzten, die Mastspitze bildenden Mastsegment, auch Flieger genannt, ermöglichen eine Gewichtsreduzierung bei der Auslegung der anderen, davor angeordneten Mastsegmente des Großmanipulators. Mit jeder Gewichtseinsparung an der Mastspitze können die weiteren, die Mastspitze tragenden Mastsegmente leichter ausgestaltet werden.
Ferner ist es vorteilhaft, die Innenkante der Vertiefungen abgerundet auszubilden. Diese Form der Vertiefungen verringert lokale Spannungskonzentrationen in den Wandungselementen, so dass die Gefahr von Rissen reduziert wird.
Die Vertiefungen sind vorteilhafterweise umfänglich geschlossen ausgebildet. Dadurch ist gewährleistet, dass die Wandungselemente an den Randbereichen, an denen sie mit anderen Wandungselementen verschweisst werden, keine Vertiefungen aufweisen, die beim Verschweissen der Wandungselemente Schwierigkeiten bereiten können.
Vorteilhafterweise sind die Vertiefungen kaskadenformig ausgestaltet, d.h. eine Vertiefung setzt sich aus Vertiefungen unterschiedlicher Tiefe zusammen, wodurch eine größere Gewichtseinsparung ohne signifikante Beeinträchtigung der Steifigkeit des Mastsegmentes erzielt werden kann. Die Vertiefungen werden vorteilhafterweise durch Ausfräsen des Wandungselementes eingebracht sein. Das Ausfräsen ist eine einfache Art der Metallbearbeitung und mit geeigneten Fräsköpfen können beispielsweise Vertiefungen mit unterschiedlichen Randbereichen in einem Arbeitsgang eingebracht werden.
Die Vertiefungen können in einer alternativen Ausgestaltungsform auch durch Ätzen des Wandungselementes eingebracht werden. Mit heute bekannten und üblichen Ätztechniken kann die Tiefe der Vertiefung sehr individuell gestaltet werden.
Alternativ kann die Vertiefung des Mastsegmentes auch bei einem Wandungselement aus faserverstärkten Verbundmaterialien vorgesehen werden, welches aus einer Vielzahl von Faserlagen besteht. Die Vertiefung wird einfach gebildet, indem im Bereich der Vertiefung eine geringere Anzahl von Faserlagen vorgesehen wird.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnungen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den folgenden Zeichnungen schematisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 : schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Großmanipulators;
Figur 2: schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Mastsegments;
Figur 3: schematische Darstellung einer weiteren
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mastsegments;
Figur 4: schematische Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Mastsegment.
Figur 5a, 5b, 5c schematische Schnittdarstellungen durch ein erfindungsgemäßes Wandungselement mit unterschiedlich gestalteten
Vertiefungen
Figur 6a schematische Darstellung eines
Mastsegmentes gemäß dem Stand der Technik
Figur 6b schematische Darstellung einer weiteren
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mastsegmentes
Die Darstellung gemäß Figur 1 zeigt einen Großmanipulator 1 für Autobetonpumpen mit ausfaltbarem Knickmast 2, der einen um eine Hochachse 3 drehbaren Drehschemel 4 und eine Mehrzahl von Mastsegmenten 5, 5a, 5b, 5c aufweist. Die Mastsegmente 5, 5a, 5b, 5c sind an Knickgelenken 6, 6a, 6b, 6c jeweils um Knickachsen gegenüber einem benachbarten Mastsegment 5, 5a, 5b, 5c oder dem Drehschemel 4 mittels je eines (nicht dargestellten) Antriebs- aggregates verschwenkbar. Über (nicht dargestellte) Beton-Förderleitungen wird mithilfe des Großmanipulators 1 der flüssige Beton von der Betonpumpe 17 zur Mastspitze 15 gefördert, wo die Beton-Förderleitung in einem Endschlauch (nicht dargestellt) endet, sodass beim Betonieren mit einer solchen Autobetonpumpe große Distanzen und Höhen mittels des Großmanipulators 1 überbrückt werden können.
Die Figur 2 zeigt schematisch dargestellt das letzte, die Mastspitze 15 bildende Mastsegment 5c mit Vertiefungen 1 1 in dem seitlichen Wandungselement 8. Speziell an diesem Mastsegment 5c haben die Vertiefungen 1 1 eine besonders vorteilhafte Wirkung, da jede Gewichtsreduzierung an diesem Mastsegment 5c eine Gewichtsreduzierung bei der Auslegung der anderen, davor angeordneten Mastsegmente 5, 5a, 5b (Figur 1 ) des Großmanipulators 1 ermöglicht. Die Vertiefungen 1 1 sind auch an den anderen Mastsegmenten 5, 5a, 5b möglich und vorteilhaft auch dort vorgesehen. In das Wandungselement 8 sind mehrere Vertiefungen 1 1 eingebracht, wobei die Tiefe der Vertiefungen 1 1 geringer ist als die Materialstärke des Wandungselementes 8, sodass das Wandungselement 8 im Bereich der Vertiefungen 1 1 geschlossen ist. Daher sind die in Figur 2 und 3 dargestellten Vertiefungen 1 1 nur angedeutet und erfindungsgemäß von außen nicht sichtbar. Die Außenseite 9 des Mastsegments 5c ist im Wesentlichen plan ausgestaltet. Hierdurch kann sich Schmutz und Feuchtigkeit nicht an Kanten auf der Außenseite 9 halten. Durch fehlende Kanten an der Außenseite 9 kann zudem die Bildung von Rost wirksam vermieden werden. Die Ausgestaltung der Vertiefungen 1 1 wird auch aus der Schnittdarstellung gemäß Figur 4 durch die eingezeichnete Schnittebene A - A deutlich. Das Mastsegment 5c weist mehrere Vertiefungen 1 1 an dem Wandungselement 8 auf, die eine fachwerkartige Struktur mit Stegen 12 und Fachflächen 13 bilden. Hierbei weisen die Fachflächen 13 eine reduzierte Materialstärke auf, während die Stege 12 die Materialstärke des Wandungselementes 8 aufweisen. Zur Gewährleistung der Stabilität sind die Stege 12 z.B., wie dargestellt, in dreieckiger Konfiguration ausgebildet, d.h. die Stege 12 schließen jeweils eine dreieckige Fachfläche 13 bzw. Vertiefung 1 1 ein. Die dreieckigen Fachflächen 13 sind in den Ecken zweckmäßig abgerundet um Spannungskonzentrationen in den Ecken der Vertiefungen 1 1 zu reduzieren.
Die Figur 3 zeigt schematisch eine andere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mastsegmentes 5c. Die Fachflächen 13 der Vertiefungen 1 1 haben hier eine andere Form als in Figur 2 und sind parallelogrammförmig ausgestaltet, wobei die durch die Vertiefungen 1 1 gebildeten Fachflächen 13 und Stege 12 weiterhin eine fachwerkartige Struktur bilden.
Zu beachten ist, dass in beiden Ausführungen sowohl in Figur 2 als auch in Figur 3 vorteilhalfterweise keine Vertiefungen 1 1 im Bereich von Schweißnähten 16, 16a, 16b, 16c (Figur 4) vorgesehen sind. Zudem werden im Bereich der Knickgelenke 6, 6a, 6b, 6c keine Vertiefungen 1 1 angeordnet. Auch an den Anlenkpunkten für die Antriebsaggregate werden keine Vertiefungen 1 1 angeordnet, um das Mastsegment 5c an diesen Stellen nicht zu schwächen. Die Vertiefungen 1 1 können alternativ beispielsweise auch rund, rechteckig, trapezförmig oder dreieckig ausgebildet sein. Vorteilhafterweise wird eine umfänglich geschlossene Form für die Vertiefungen 1 1 gewählt, so dass die Vertiefungen 1 1 , wie oben beschrieben, so angeordnet werden können, dass im Bereich der Schweißnähte 16, 16a, 16b, 16c keine Vertiefungen 1 1 vorgesehen sind. Figur 4 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung durch die Schnittebene A - A gemäß Figur 2. Diese Schnittdarstellung soll die Ausgestaltung der Vertiefungen 1 1 (Figur 2 und 3) näher erläutern. Wie zu erkennen ist, bildet das Mastsegment 5c eine hohle, kastenförmige Struktur aus miteinander verbundenen Wandungselementen 8, 8a, 8b, 8c. Die Wandungselemente 8, 8a, 8b, 8c sind über Schweißnähte 16, 16a, 16b, 16c miteinander verbunden. Die in die seitlichen Stegbleche 14, 14a eingebrachten Vertiefungen 1 1 sparen den Bereich der Schweißnähte 16, 16a, 16b, 16c aus, sodass die Schweißbarkeit der Wandungselemente 8, 8a, 8b, 8c durch die Vertiefungen 1 1 nicht beeinträchtigt ist. Die Vertiefungen 1 1 sind an der Innenseite 10 der Wandungselemente 8, 8b eingebracht und weisen eine Tiefe auf, die geringer ist als die Materialstärke a der Wandungselemente 8, 8b. Zu erkennen ist, dass die Wandungselemente 8, 8b im Bereich der Vertiefungen 1 1 geschlossen sind. Hierdurch reduzieren die Vertiefungen 1 1 die Materialstärke der Wandungselemente 8, 8b, sodass diese im Bereich der Fachflächen 13 eine reduzierte Materialstärke b aufweisen. Die Außenseiten 9 des Mastsegments 5c, d.h. dessen äußere Oberflächen, sind im Wesentlichen plan ausgebildet. In dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen lediglich die als Stegbleche 14, 14a ausgebildeten seitlichen Wandungselemente 8, 8b des Mastsegments 5c Vertiefungen 1 1 auf. Die Materialstärke b im Bereich der Vertiefungen 1 1 beträgt vorzugsweise ca. 1 mm, um noch eine ausreichende Festigkeit zum Beispiel gegenüber Schlägen auf das Mastsegment 5c, zu gewährleisten. Bei einer Materialstärke a von beispielsweise 3 mm am letzten Mastsegment 5c ergibt sich damit eine Verringerung der Materialstärke, und damit des Gewichtes im Bereich der Vertiefungen 1 1 , in der Größenordnung von ca. 70%. Bei Blechen mit größerer Materialstärke kann im Bereich der Vertiefungen 1 1 sogar eine Verringerung der Materialstärke um 90% und mehr erzielt werden.
Die Figuren 5a, 5b und 5c zeigen Schnittdarstellungen eines erfindungsgemäßen Wandungselementes 8, 8b mit unterschiedlichen Ausgestaltungen der Vertiefung 1 1 . In der Figur 5a ist der Randbereich der Vertiefung 1 1 mit einer Abschrägung 18 versehen und die obere Kante 19 und die untere bzw. innere Kante 19a der Vertiefung 1 1 ist abgerundet. Diese Form der Kanten 19, 19a und der Abschrägung 18 ist in Hinblick auf die Reduzierung lokaler Spannungskonzentrationen besonders vorteilhaft, aber produktionstechnisch aufwand iger.
Bei der Ausgestaltung des Randbereiches der Vertiefung 1 1 gemäß Figur 5b ist nur eine Abrundung an der unteren bzw. inneren Kante 19a der Vertiefung 1 1 vorgesehen. Durch diese Maßnahme werden die Spannungen im Randbereich der Vertiefung 1 1 gegenüber einem winkligen Übergang schon erheblich reduziert. Vorteilhafterweise liegt der Radius der Rundung im Bereich von 30 - 100 % der Blechdicke.
Die Figur 5c zeigt eine weitere Variante, in der die Vertiefung 1 1 kaskadenförmig, also abgestuft durch mindestens eine Stufe 20, ausgeführt ist, wodurch sich weitere Möglichkeiten ergeben, das Gewicht der Mastsegmente 5, 5a, 5b, 5c unter Beibehaltung hoher Steifigkeit zu reduzieren.
Die Figur 6a zeigt eine schematische Seitenansicht eines Mastsegmentes 5c gemäß dem Stand der Technik. Diese Figur zeigt ein seitlich angeordnetes Stegblech 14 das aus Blechen unterschiedlicher Materialstärke zusammengesetzt ist. Im Bereich A weist das Stegblech beispielsweise eine Materialstärke von 8 mm auf, im Bereich B 5 mm, im Bereich C 4mm und im Bereich D 3 mm. Die Bleche der Bereiche A, B, C und D sind durch Stumpfstöße 21 , 21 a, 21 b bzw. Schweißnähte 21 , 21 a, 21 b untereinander verbunden. Im Bereich der Anlenkungen können weitere (nicht dargestellte) Vertiefungen 1 1 angebracht sein, um das Mastsegment 5c an diesen Stellen zu verstärken.
In der Figur 6b ist eine vorteilhafte Anordnung der Vertiefungen 1 1 dargestellt, bei welcher der spezifische Flächenanteil der Vertiefungen 1 1 zur Spitze des Mastsegmentes, also in Richtung Mastspitze 15, hin zunimmt. Die Anzahl der Bleche mit unterschiedlichen Materialstärken und die Anzahl der Stumpfstöße 21 , 21 a, 21 b werden durch diese Maßnahme reduziert. Dies wird erreicht, indem, wie hier beispielsweise gezeigt, nur noch zwei Bleche mit den Materialstärken 8 mm (Bereich A) und 5 mm (Bereich B) verwendet werden und die Anzahl der Vertiefungen 1 1 zur Mastspitze 15 hin zunimmt. Dadurch ist gewährleistet, dass das spezifische Gewicht des Stegbleches 14 zur Mastspitze 15 hin abnimmt und gleichzeitig die Anzahl der Stumpfstöße 21 reduziert wird, denn in dem Beispiel gemäß Figur 6b ist nur noch ein Stumpfstoß 21 zwischen den Abschnitten A und B notwendig. In ähnlicher Weise kann bei gleichmäßiger Verteilung, aber größer werdender Fläche der einzelnen Vertiefungen 1 1 zur Mastspitze 15 hin, eine Gewichtsabnahme in Richtung der Mastspitze 15 realisiert werden. Ein vergleichbarer Vorteil lässt sich erzielen, indem die Vertiefungen 1 1 zwar gleichmäßig über die Länge des Stegblechs 14 angeordnet werden, aber die relative Tiefe der Vertiefungen 1 1 zur Mastspitze 15 hin zunimmt.
Die oben stehenden Überlegungen zu der Verwendung von Vertiefungen 1 1 im Bereich der Stegbleche 14 gelten in gleicher Weise auch für die oben und unten an den Mastsegmenten 5, 5a, 5b, 5c angeordneten, als Gurtblech ausgebildeten, Wandungselemente 8a, 8c.
Die Vertiefungen 1 1 können beispielsweise durch das Ausfräsen des Vollmaterials des Wandungselementes 8, 8a, 8b, 8c in das Wandungselement 8, 8a, 8b, 8c eingebracht, d.h. die Vertiefungen 1 1 sind als Ausfräsungen ausgebildet. Durch das Ausfräsen kann mit heutiger Technologie die Materialstärke des Wandungselementes 8, 8a, 8b, 8c des Fliegers von 3mm auf 1 -2 mm variabel reduziert werden, wodurch eine beachtliche Gewichtsersparnis erzielt wird. Mit geeigneten Fräsköpfen, die seitlich abgeschrägt oder abgerundet sind, lassen sich insbesondere die weiter oben beschriebenen Abschrägungen und/oder Abrundungen des Randbereiches der Vertiefung 1 1 in einem Arbeitsgang realisieren.
Alternativ zum Ausfräsen bietet sich beispielsweise an, die Vertiefung 1 1 durch Ätzen in das Wandungselement 8, 8a, 8b, 8c einzubringen. Zur Vorbereitung des Ätzvorgange wird das Wandungselement 8, 8a, 8b, 8c zunächst in den Bereichen, in denen keine Vertiefung 1 1 entstehen soll, ein Material, z.B. ein Lack, das gegen die Ätzflüssigkeit resistent ist, aufgetragen. Danach wird das Wandungselement 8, 8a, 8b, 8c in eine Ätzflüssigkeit getaucht bis die gewünschte Tiefe der Vertiefung 1 1 erreicht ist. In mehreren Arbeitsgängen lässt sich mit diesem Verfahren auch eine gestufte Vertiefung 1 1 , wie oben beschreiben, einfach erstellen. Weiter alternativ lässt sich eine Vertiefung 1 1 auch durch Laserabtragung, Sandstrahlen, Kalt- oder Warmunnfornnung (d.h. Pressen oder Schmieden) oder andere geeignete Verfahren in das Wandungselement 8, 8a, 8b, 8c einbringen.
Grundsätzlich ist es auch möglich, ein Wandungselement 8, 8a, 8b, 8c zu verwenden, dessen Wandstärke zunächst der Stärke der vorgesehenen Vertiefung 1 1 entspricht. Durch Aufschweißen von Material lassen sich die oben beschriebenen Stege und Randbereiche erstellen, wodurch letztendlich die Vertiefung 1 1 in dem Wandungselement 8, 8a, 8b, 8c entsteht.
Ebenso ist die Herstellung eines Wandungselementes 8, 8a, 8b, 8c mit einer Vertiefung 1 1 im 3D-Druckverfahren möglich.
Die Vertiefungen 1 1 können vorteilhafterweise nicht nur bei Mastsegmenten 8, 8a, 8b, 8c aus Stahl oder anderen metallischen Werkstoffen eingesetzt werden, sondern z.B. auch bei Mastsegmenten aus faserverstärkten Kunststoffen, wie sie beispielsweise bei Autobetonpumpen mit sogenannten Carbonmasten verwendet werden. Ein faserverstärkter Kunststoff (oder auch Faser-Kunststoff- Verbund oder Faserverbundkunststoff) ist ein Werkstoff, bestehend aus Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix. Die Matrix umgibt die Fasern, die durch Adhäsiv- oder Kohäsivkräfte an die Matrix gebunden sind.
Für die Herstellung eines Wandungselementes 8, 8a, 8b, 8c aus faserverstärktem Kunststoff wird üblicherweise eine Vielzahl von dünnen, gewebten Matten (ca. 10- 50 Lagen) aus Verstärkungsfasern übereinandergelegt. Zur Ausbildung der Vertiefungen (1 1 ) reicht es prinzipiell aus, im Bereich der Vertiefungen 1 1 eine geringere Anzahl von Lagen aus Verstärkungsfasern vorzusehen. Durch eine geschickte Wahl der Grunddicke der Wandungselemente, die durch die Anzahl der aufgebrachten Lagen bestimmt wird und die Tiefe der Vertiefungen 1 1 , insbesondere in Verbindung mit den oben beschriebenen vorteilhaften, z.B. fachwerkartigen Anordnungen der Vertiefungen 1 1 , lässt sich auch bei derartigen Masten eine nicht unerhebliche Gewichtsersparnis realisieren. Insbesondere bei der oben beschriebenen fachwerkartigen Struktur der Wandungselemente mit mehreren Vertiefungen 1 1 und den dazwischenliegenden Stegen 12 ist es besonders vorteilhaft, die Fasern für die Stege 12 parallel zu der Längsrichtung der Stege 12 auszurichten, damit die Stege 12 die eingeleiteten Kräfte optimal aufnehmen können.
Bezuaszeichenliste
I Großmanipulator
2 Knickmast
3 Hochachse
4 Drehschemel
5 5a, 5b, 5c Mastsegmente
6 6a, 6b, 6c Knickgelenke
7 Hohle Struktur
8 8a, 8b, 8c Wandungselemente
9 Außenseite
10 Innenseite
I I Vertiefungen
12 Stege
13 Fachflächen
14 14a Stegblech 15 Mastspitze
16 16a, 16b, 16c Schweißnähte
17 Betonpumpe
18 Abschrägung
19 19a Kante
20 Stufe
21 21 a, 21 b Stumpfstöße a reguläre Materialstärke b reduzierte Materialstärke A, B, C, D Blechbereiche

Claims

Patentansprüche
1. Großmanipulator (1) mit einem ausfaltbaren Knickmast (2), der einen um eine Hochachse (3) drehbaren Drehschemel (4) und eine Mehrzahl von Mastsegmenten (5, 5a, 5b, 5c) aufweist, wobei die Mastsegmente (5, 5a, 5b, 5c) an Knickgelenken (6, 6a, 6b, 6c) jeweils um Knickachsen gegenüber einem benachbarten Mastsegment (5, 5a, 5b, 5c) oder dem Drehschemel (4) verschwenkbar sind, wobei wenigstens ein Mastsegment (5, 5a, 5b, 5c) durch eine hohle Struktur (7) aus miteinander verbundenen Wandungselementen (8, 8a, 8b, 8c) gebildet ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in wenigstens eines der Wandungselemente (8, 8a, 8b, 8c) eine Vertiefung (11) eingebracht ist, wobei die Tiefe der Vertiefung (11) geringer ist als die Materialstärke des Wandungselementes (8, 8a, 8b, 8c), so dass das Wandungselement (8, 8a, 8b, 8c) im Bereich der Vertiefung (11 ) geschlossen ist.
2. Großmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (11) an der Innenseite des Wandungselementes (8, 8a, 8b, 8c) angeordnet ist.
3. Großmanipulator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Vertiefungen (11) an dem Wandungselement (8,
8a, 8b, 8c) vorgesehen sind, die eine fachwerkartige Struktur mit Stegen (12) und Fachflächen (13) bilden, wobei die Fachflächen (13) eine reduzierte Materialstärke (b) aufweisen.
4. Großmanipulator (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (12) wenigstens bereichsweise die Materialstärke (a) des Wandungselementes (8, 8a, 8b, 8c) aufweisen.
5. Großmanipulator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Mastsegment (5, 5a, 5b, 5c) eine im
Wesentlichen plane Außenseite (9) aufweist.
6. Großmanipulator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Vertiefungen (1 1 ) auf den als Stegblechen (14, 14a) ausgebildeten Wandungselementen (8, 8a, 8b, 8c) des Mastsegments (5, 5a, 5b, 5c) verteilt sind.
7. Großmanipulator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein spezifischer Flächenanteil und/oder eine relative Tiefe der Vertiefungen (1 1 ) zur Spitze des Mastsegmentes (5, 5a, 5b, 5c) hin zunehmen.
8. Großmanipulator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das letzte, die Mastspitze (15) bildende Mastsegment (5c) Vertiefungen (1 1 ) aufweist.
9. Großmanipulator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkanten (19a) der Vertiefungen (1 1 ) abgerundet ausgebildet sind.
10. Großmanipulator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (1 1 ) umfänglich geschlossen ausgebildet sind.
1 1 . Großmanipulator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (1 1 ) kaskadenförmig ausgestaltet sind.
12. Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (11) durch Ausfräsen des Wandungselementes (8, 8a, 8b, 8c) eingebracht ist.
13. Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (11) durch Ätzen des Wandungselementes (8, 8a, 8b, 8c) eingebracht ist.
14. Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandungselement (8, 8a, 8b, 8c) aus einem faserverstärkten Verbundmaterial mit einer Vielzahl von Faserlagen besteht und die Vertiefung (11) durch eine geringere Anzahl von Faserlagen im Bereich der Vertiefung (11 ) gebildet ist.
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